Принципы структурной организации белков - Г. Шульц 1982

Ковалентная структура белков
Ансамбли цепей
Три основных физиологических вида белковых молекул

Типы связей между функциональными доменами (ковалентная, невалентная), так же как и их отсутствие, можно коррелировать с физиологической средой, в которой существует белок. Большинство внутриклеточных белков олигомерны, белки плазмы крови — крупные мономеры, состоящие из нескольких функциональных доменов, а белки, действующие вне организма*, представляют собой небольшие мономеры. Попытаемся пояснить некоторые аспекты такого распределения.

Внеэпителиальные белки—небольшие мономеры. Вне организма судьба отдельной молекулы (например, пищеварительного белка или лизоцима человека) очень неопределенна. Поэтому целесообразно образовать из выделяемого на эти белки вещества как можно больше независимых единиц, чем и объясняются их малые размеры. Кроме того, эти белки мономерны, поскольку олигомеры склонны к диссоциации при растворении.

Белки плазмы крови—крупные мономеры. Существенное свойство специфических белков плазмы состоит именно в том, что они способны задерживаться в плазме крови. Только белки с молекулярными массами около 60 000 и более достаточно велики для того, чтобы они не проникали с легкостью во внешнее пространство, как это происходит с более мелкими молекулами (с 20 000). Кроме того, небольшие белки фильтруются, обрабатываются и выделяются почками.

Крупные белки плазмы крови могут быть либо олигомерами, либо мономерами. Однако олигомеры способны к диссоциации, а субъединицы могут фильтроваться тем же путем, что и мелкие мономеры. Это видно на примере (3!₂-микроглобулина (рис. 4.2, б), небольшой растворимой субъединицы белков HL-A (которые присоединяются к поверхности некоторых клеток крови, а также некоторых других клеток). Известно, что эта субъединица олигомерного белка проникает через стенки капиллярных сосудов; к тому же при некоторых условиях (например, при отравлении кадмием) большие количества микроглобулина выделяются с мочой. В связи с этим очевидно, что истинными белками плазмы должны быть крупные мономерные, а не олигомерные белки. Типичным примером может служить сывороточный альбумин (рис. 7.2, б), построенный из набора функциональных доменов [76, 82] в одной полипептидной цепи. Некоторые плазменные полипептиды заметно увеличивают свой размер за счет ковалентно присоединенных углеводных остатков.

* Границами между внутренней средой животных и окружающей средой служат эпителиальные поверхности; например, содержимое желудочно-кишечного тракта относится к окружающей среде.

Внутриклеточные белки, как правило, — олигомеры. Рассмотрим теперь внутриклеточные белки, которые представляют собой преимущественно олигомеры. Небольшие мономерные белки, как, например, изоферменты аденилаткиназы (М = 22 000) [83, 84], встречаются в клетках редко. Олигомеры в этом случае имеют ряд преимуществ перед крупными одиночными полипептидными цепями (разд. 4.1). В отличие от плазмы крови в клетках олигомеры весьма эффективны, поскольку клеточная мембрана непроницаема даже для небольших белков, так что потери олигомеров в форме их субъединиц исключены.

Образование олигомеров понижает осмотическое давление во внутриклеточном пространстве. Кроме того, отношение поверхность/объем для олигомера меньше, чем для мономера. Поэтому олигомер связывает меньше молекул воды и вносит меньший вклад в вязкость внутри клетки. Наконец, олигомерные белки обычно кооперированы и хорошо регулируются эффекторами. Хорошо известным примером физиологической оптимальности этих свойств является тетрамерный гемоглобин эритроцитов млекопитающих [85]. Однако такие свойства существенны и для менее специализированных клеток, содержащих самые разнообразные белки.